(57)【要約】【課題】本発明は、ガラスレンズの寸法形状変化、特に外径変化への対応性に優れ、かつ、成型面を研磨等せずにそのまま光学面として使用できるガラスレンズプレス成型型の提供を目的とする。【解決手段】成型面側に台地状段付部を形成した円柱状上型と、上型と同形状の下型と、上型、下型の段付部を相対して上下方向に摺動可能とするリング部材と、上型、下型の段付部以外を相対して上下方向に摺動可能とし、かつリング部材も上下方向に摺動可能とする筒状の胴型とを有し、上型の最外径ｄＵ２Ｏおよび下型の最外径ｄＢ２Ｏと胴型の内径Ｄ２Ｉとの間の成型温度でのクリアランスを共に２０μｍ以下とするガラスプレス成型用金型。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成型面側に台地状の段付部を形成した円柱状の上型と、成型面側に台地状の段付部を形成した円柱状の下型と、前記上型の段付部と前記下型の段付部とをそれぞれの成型面が相対するように上下方向に摺動可能とするリング部材と、前記台地状の段付部以外の上型と、前記台地状の段付部以外の下型とをそれぞれの成型面が相対するように上下方向に摺動可能とし、かつ前記リング部材も上下方向に摺動可能とする筒状の胴型とを有するガラスプレス成型用金型であって、
前記上型の段付部の最外径をｄＵ１Ｏ、段付部以外の最外径をｄＵ２Ｏ、
前記下型の段付部の最外径をｄＢ１Ｏ、段付部以外の最外径をｄＢ２Ｏ、
前記リング部材の外径をＤ１Ｏ、内径をＤ１Ｉ、
前記胴型の外径をＤ２Ｏ、内径をＤ２Ｉ、
とするとき、成型温度においてＤ２Ｉ−ｄＵ２Ｏ、Ｄ２Ｉ−ｄＢ２Ｏ、が共に２０μｍ以下であることを特徴とするガラスレンズプレス成型用金型。
【請求項２】
成型温度において、Ｄ２Ｉ−Ｄ１Ｏが２０μｍ以下である請求項１記載のガラスレンズプレス成型用金型。
【請求項３】
成型温度において、Ｄ１Ｉ−ｄＵ１Ｏ、Ｄ１Ｉ−ｄＢ１Ｏが共に２０μｍ以下である請求項２記載のガラスレンズプレス成型用金型。
【請求項４】
成型温度において、Ｄ１Ｉ−ｄＵ１Ｏ、Ｄ１Ｉ−ｄＢ１Ｏが共に２０μｍ〜１ｍｍである請求項２記載のガラスレンズプレス成型用金型。
【請求項５】
成型温度において、Ｄ１Ｉ−ｄＵ１Ｏ、Ｄ１Ｉ−ｄＢ１Ｏが共に２０μｍ以下である請求項１記載のガラスレンズプレス成型用金型。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか記載のガラスレンズプレス成型用金型を使用してプレス成型することを特徴とするガラスレンズ製造法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスレンズプレス成型用金型およびそれを使用したガラスレンズプレス成型法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラ用、ビデオカメラ用、ＤＶＤ等のディスク読み取り用のレンズとして高精密ガラスレンズが注目されている。このような精密ガラスレンズの代表的な製造法としては、プレス成型法が挙げられる。従来、精密ガラスレンズは光学面を精密研磨で仕上げる方法で製造されていたが、近年は、プレス成型した面を精密研磨しないでそのまま光学面として使用できるような精密プレス成型が求められている。
【０００３】
このような精密プレス成型法に使用される金型の代表的な構成として、上型と、下型と、胴型とからなる金型が提案されている（特許文献１参照）。この構成では、ガラスレンズは、上型、下型、胴型の３つの成型面で形成されるが、成型面を研磨せずにそのまま光学面として使用するためには、上型、下型の成型面を単に所望の形状精度で加工するだけでは足りず、上型と下型の軸芯を精密に合せる必要がある。このために胴型と上型および下型とのクリアランスを狭くしておく必要がある。
【０００４】
型と胴型は、ガラスを成型するたびに温度変化を伴いながらガラスの配置、成型、取出しを繰り返すため、一定のクリアランスが必要であるが、成型品の精度を考慮して両者間のクリアランスを狭く設定しすぎると、熱膨張率の差や温度分布によっては上型、下型が摺動できなくなり成型不能となるおそれがある。
【０００５】
そのため、上型、下型、胴型の材質の選定も重要で、一般に、高温で何回使用してもクリアランスが変化しないもの、しにくいものとなると超硬、炭化ケイ素に代表されるセラミックス材料などの難加工性材料が好適な材料となる。
【０００６】
ところが、上型、下型、胴型をこのような難加工性材料で構成した場合、ガラスレンズの外径が変化した場合、各寸法に応じた、上型、下型、胴型をその都度準備する必要がある。なかでも、胴型は、内周面に精度が要求されることから上型、下型に比べて加工が難しく、その都度準備することは費用面の大幅な増加と製作時間の長期間化で問題となっている。
【０００７】
また、特許文献２には、両凸から両凹まであらゆる形状のレンズを高精度に成型できる金型として、前記胴型を内胴型と外胴型の二重構造とした金型が提案されている。しかし、提案された金型でも、上下型を同軸状に位置規制するのは内部胴型であり、上型、下型、内部胴型についての関係は、特許文献１と変わらない。この場合、内胴型の長さが短いと、上下型の軸芯が正確に合わないおそれもある。
【０００８】
いずれにせよ、外径寸法の変化に容易に対応でき、しかも、上型で形成される光学面の軸芯と、下型で形成される光学面の軸芯とのずれが許容誤差内にあるガラスレンズの精密プレス成型用金型は提案されていない。
【０００９】
【特許文献１】特開平２−３４５２６号公報（１〜４頁、図１）
【特許文献２】特開平６−２７１３２３号公報（１〜３頁、特に、段落０００９、図１〜３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、ガラスレンズの寸法形状変化、特に外径変化への対応性に優れ、かつ、成型面を研磨等せずにそのまま光学面として使用できるガラスレンズプレス成型型の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、成型面側に台地状の段付部を形成した円柱状の上型と、成型面側に台地状の段付部を形成した円柱状の下型と、前記上型の段付部と前記下型の段付部とをそれぞれの成型面が相対するように上下方向に摺動可能とするリング部材と、前記台地状の段付部以外の上型と、前記台地状の段付部以外の下型とをそれぞれの成型面が相対するように上下方向に摺動可能とし、かつ前記リング部材も上下方向に摺動可能とする筒状の胴型とを有するガラスプレス成型用金型であって、
前記上型の段付部の最外径をｄＵ１Ｏ、段付部以外の最外径をｄＵ２Ｏ、
前記下型の段付部の最外径をｄＢ１Ｏ、段付部以外の最外径をｄＢ２Ｏ、
前記リング部材の外径をＤ１Ｏ、内径をＤ１Ｉ、
前記胴型の外径をＤ２Ｏ、内径をＤ２Ｉ、
とするとき、成型温度においてＤ２Ｉ−ｄＵ２Ｏ、Ｄ２Ｉ−ｄＢ２Ｏ、が共に２０μｍ以下であることを特徴とするガラスレンズプレス成型用金型を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のガラスレンズプレス成型用金型は、胴型で上型と下型のそれぞれの軸芯を出し、別途、前記胴型以外に、前記胴型の内面を上下方向に摺動可能な、ガラスレンズの肉厚部分を形成するためのリング部材を有する。したがって、前記、リング部材を交換することによりガラスレンズの外径・形状変更に簡単に対応でき、製作に時間と費用を要する胴型を外径・形状変更の度に準備する必要がないため、精度と原価のバランスがとれたガラスレンズプレス成型用金型となる。
【００１３】
また、胴型の内周面とリング部材の外周面とのクリアランスが小さいものであるとリング部材で形成されるガラスレンズの肉厚部分の軸芯も上型と下型のそれぞれの軸芯と一致するため、当該部分を後加工する際には加工が容易となる。
【００１４】
さらに、胴型の内周面とリング部材の外周面とのクリアランスが小さいものである上に、さらに、リング部材の内周面と上型、下型の段付部の外周面とのクリアランスを大きくすると、ガラスレンズの肉厚部分の軸芯も上型と下型のそれぞれの軸芯と一致する以外に、プレス成型時に上型、下型のコーナー部とリング部材の端部とが接触しないため角欠けを防止でき、耐久性のある金型とすることができる。
一方、リング部材の内周面と上型、下型の段付部の外周面とのクリアランスを小さくすると、ガラスレンズの肉厚部分の軸芯も上型と下型のそれぞれの軸芯と一致するほか、ガラスレンズの外径部分を精度良く成型できる利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明のガラスレンズプレス成型用金型（以下、本型という）は、成型面側に台地状の段付部を形成した円柱状の上型と、成型面側に台地状の段付部を形成した円柱状の下型と、前記上型の段付部と前記下型の段付部とをそれぞれの成型面が相対するように上下方向に摺動可能とするリング部材と、前記台地状の段付部以外の上型と、前記台地状の段付部以外の下型とをそれぞれの成型面が相対するように上下方向に摺動可能とし、かつ前記リング部材も上下方向に摺動可能とする筒状の胴型とを有する。なお、ガラスレンズは、上型と、下型と、リング部材とで決定され、胴型はガラスレンズを形成しないため、ガラスレンズの形状・外径寸法等が変更になってもそのまま使用できる構造となっている。
【００１６】
本型において、前記上型の段付部の最外径をｄＵ１Ｏ、段付部以外の最外径をｄＵ２Ｏ、前記下型の段付部の最外径をｄＢ１Ｏ、段付部以外の最外径をｄＢ２Ｏ、前記リング部材の外径をＤ１Ｏ、内径をＤ１Ｉ、前記胴型の外径をＤ２Ｏ、内径をＤ２Ｉ、とするとき、成型温度においてＤ２Ｉ−ｄＵ２Ｏ、Ｄ２Ｉ−ｄＢ２Ｏ、が共に２０μｍ以下である。このような構成によって、上型の軸芯と下型の軸芯と精度よく一致させることができる。
【００１７】
本型において、加圧状態での、Ｄ２Ｉ−ｄＵ２Ｏ、Ｄ２Ｉ−ｄＢ２Ｏ、のいずれかが２０μｍを超えると上型の軸芯と下型の軸芯とのずれが大きくなりすぎて所望の性能を持ったレンズを成型できないおそれがある。加圧状態でのＤ２Ｉ−ｄＵ２Ｏ、Ｄ２Ｉ−ｄＢ２Ｏ、が共に１０μｍ以下であると好ましく、加圧状態でのＤ２Ｉ−ｄＵ２Ｏ、Ｄ２Ｉ−ｄＢ２Ｏ、が共に５μｍ以下であるとさらに好ましい。一方、前記クリアランスは摺動性の点から０．１μｍ以上が好ましく、０．２μｍ以上であるとさらに好ましい。
【００１８】
本型において、ガラスレンズの肉厚部を形成するリング部材は、上型の段付部と、下型の段付部と、胴型の内周面で形成される空間内に存在する。ガラスレンズの肉厚部分の中心が上型の軸芯および下型の軸芯と同一軸にあるほうが、最後に肉厚部の外周を加工する場合に加工しろが少なく、加工しやすいので好ましい。これを達成するためには、２つの方法がある。
【００１９】
一つは、胴型の内周面と、リング部材と、のクリアランスを小さくする方法である。加圧状態でＤ２Ｉ−Ｄ１Ｏを２０μｍ以下とすることにより実用レベルでは好ましく達成できる。加圧状態でＤ２Ｉ−Ｄ１Ｏが１０μｍ以下であるとさらに好ましく、加圧状態でＤ２Ｉ−Ｄ１Ｏが５μｍ以下であると特に好ましい。一方、前記クリアランスは摺動性の点から０．１μｍ以上が好ましく、０．２μｍ以上であるとさらに好ましい。
【００２０】
さらに、胴型の内周面と、リング部材と、のクリアランスを小さくした状態で、成型温度において、Ｄ１Ｉ−ｄＵ１Ｏ、Ｄ１Ｉ−ｄＢ１Ｏが共に２０μｍ以下とするとガラスレンズの肉厚分の形状精度にも優れるため好ましい。同様にして、成型温度において、Ｄ１Ｉ−ｄＵ１Ｏ、Ｄ１Ｉ−ｄＢ１Ｏが共に１０μｍ以下であるとさらに好ましく、成型温度において、Ｄ１Ｉ−ｄＵ１Ｏ、Ｄ１Ｉ−ｄＢ１Ｏが共に５μｍ以下であると特に好ましい。一方、前記クリアランスは摺動性の点から０．１μｍ以上が好ましく、０．２μｍ以上であるとさらに好ましい。
【００２１】
また、胴型の内周面と、リング部材と、のクリアランスを小さくした状態で、成型温度において、Ｄ１Ｉ−ｄＵ１Ｏ、Ｄ１Ｉ−ｄＢ１Ｏが共に５μｍ〜１ｍｍとすると、切欠き（チッピング）が発生しやすい上型や下型の段付部コーナーやリング部材コーナー部を保護することができ、金型の耐久性を向上させられるため好ましい。同様にして、成型温度において、Ｄ１Ｉ−ｄＵ１Ｏ、Ｄ１Ｉ−ｄＢ１Ｏが共に１０μｍ〜５００μｍとするとより好ましく、成型温度において、Ｄ１Ｉ−ｄＵ１Ｏ、Ｄ１Ｉ−ｄＢ１Ｏが共に２０μｍ〜２００μｍとすると特に好ましい。さらに、（Ｄ２Ｉ−Ｄ１Ｏ）／（Ｄ２Ｉ−ｄＵ２Ｏ）＝１〜１．５および／または（Ｄ２Ｉ−Ｄ１Ｏ）／（Ｄ２Ｉ−ｄＢ２Ｏ）＝１〜１．５であると好ましい。（Ｄ１Ｉ−ｄＵ１Ｏ）／（Ｄ２Ｉ−ｄＵ２Ｏ）＝２以上とするのが精度と型の耐久性の点で好ましい。同様の理由で（Ｄ１Ｉ−ｄＢ１Ｏ）／（Ｄ２Ｉ−ｄＢ２Ｏ）＝２以上とするのが好ましい。
【００２２】
他の一つは、リング部材の内周と、上型の段付部の外周および下型の段付部の外周とのクリアランスを小さくする方法である。加圧状態でＤ１Ｉ−ｄＵ１Ｏ、Ｄ１Ｉ−ｄＢ１Ｏが共に２０μｍ以下とすることにより実用レベルでは好ましく達成できる。加圧状態でＤ１Ｉ−ｄＵ１Ｏ、Ｄ１Ｉ−ｄＢ１Ｏが共に１０μｍ以下であるとさらに好ましく、加圧状態でＤ１Ｉ−ｄＵ１Ｏ、Ｄ１Ｉ−ｄＢ１Ｏが共に５μｍ以下であると特に好ましい。一方、前記クリアランスは摺動性の点から０．１μｍ以上が好ましく、０．２μｍ以上であるとさらに好ましい。
【００２３】
以下、本型の実施態様の一つを図１を用いて説明する。図１において、１は上型、２は下型、３はリング部材、４は胴型、１０は本型、をそれぞれ示す。上型１および下型２には、台地状の段付部１ａ、２ａがそれぞれ形成されている。段付部１ａ、２ａには、ガラスレンズの光学面となる成型面１ｂ、２ｂが形成されている。リング部材３の外周面３ｏは、胴型４の内周面４ｉとは摺動面を形成する。同様に、リング部材３の内周面３ｉと、上型１の段付部１ａ、下型２の段付部２ａとは摺動面を形成する。
【００２４】
プレス成型は、上型１、下型２を所定温度に予熱しておき、上型１の成型面１ｂと下型２の成型面２ｂとの間に、例えば、所定質量、所定形状のガラスプリフォームをセットして所定時間、所定圧で加圧保持する。その後、所定の温度プロファイルで温度を下げていき、成型したガラスレンズが変形しない温度で取り出してガラスレンズとする。
【００２５】
本型において、型材質としては機械的強度特性に優れているものであれば好適に使用されるが、炭化ケイ素、窒化ケイ素などのセラミックス材料、超硬合金などのサーメット材料、Ｍｏ鋼、Ｎｉ−Ｃｒ鋼、ステンレス鋼などの耐熱鋼が好ましい型材質として挙げられる。
【００２６】
上下型の型材質の熱膨張係数を被プレス材料であるガラス材料の熱膨張係数より小さくすることによって、ガラス成型体を型から離型するのが容易になるので好ましい。リング部材の熱膨張係数を胴型の熱膨張係数より大きくすると、高温加圧時のリング部材と胴型のクリアランスを制御しやすいため好ましい。リング部材の熱膨張係数を上下型の熱膨張係数より小さくすると、高温加圧時のリング部材と上下型とのクリアランスを制御しやすいため好ましい。
【００２７】
上下型およびリング部材において、被プレス材料であるガラス材料と接する部分には、当該ガラス材料を剥離しやすい膜を表面に形成しておくと、型の耐久性が向上するため好ましい。このような膜の材質としては、ダイヤモンド状カーボンなどの炭素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化チタン、窒化タンタルなどのセラミックス、Ｐｔなどの貴金属やそれらを主成分とする合金、などが好ましく挙げられる。
【００２８】
なお、上型１のコーナー部１ｃ、下型２のコーナー部２ｃ、リング部材３のコーナ部―３ｃ、胴型４のコーナー部４ｃをテーパ状、ｒ状に面取りすると、型組時などに、チッピング等の破損を防止しやすいため好ましい。上型１のストレート部１ｓや下型２のストレート部２ｓの一部分にテーパをつけると、上型１、下型２と胴型３とのクリアランスが小さくても上型１、下型２の摺動がスムーズとなるため好ましい。
【００２９】
上型１、下型２、リング部材３、胴型４の摺動面となる部分の表面粗さＲａは１００ｎｍ未満とすると摺動がスムーズとなり、かつクリアランス調整が容易となるため好ましい。上型１、下型２、リング部材３、胴型４の摺動面となる部分の表面粗さＲａを５０ｎｍ未満とするとさらに好ましく、表面粗さＲａを２０ｎｍ未満とすると特に好ましい。
【実施例】
【００３０】
図２に示す、室温（２０℃）での形状が外径９ｍｍ、厚さ２．１ｍｍ、Ｒ１＝１９．４ｍｍ、Ｒ２＝４２．７８ｍｍのガラスレンズを成型した場合の例を示す。ガラスレンズの材料としては、ＳｉＯ２−ＴｉＯ２−Ｎａ２Ｏ系で熱膨張係数が１３×１０−６（３００℃での値）のガラスを用い、成型温度５７０℃とした。
【００３１】
上型、下型の母材として熱膨張係数が６．５×１０−６の超硬合金、リング母材として熱膨張係数が５×１０−６の超硬合金、胴型として熱膨張係数が４×１０−６の超硬合金をそれぞれ用いた。
【００３２】
室温（２０℃）での型寸法を以下のように設計・製作した。ｄＵ１Ｏ＝ｄＢ１Ｏ＝９．０３２ｍｍ、ｄＵ２Ｏ＝ｄＢ２Ｏ＝１３．０００ｍｍ、Ｄ１Ｉ＝９．０４９ｍｍ、Ｄ１Ｏ＝１３．０２２ｍｍ、Ｄ２Ｉ＝１３．０２７ｍｍ。成型温度（５７０℃）において型寸法は以下のようになる。ｄＵ１Ｏ＝ｄＢ１Ｏ＝９．０６４ｍｍ、ｄＵ２Ｏ＝ｄＢ２Ｏ＝１３．０４６ｍｍ、Ｄ１Ｉ＝９．０６９ｍｍ、Ｄ１Ｏ＝１３．０４６ｍｍ、Ｄ２Ｉ＝１３．０５６ｍｍ。
【００３３】
すなわち、室温時のＤ２Ｉ−ｄＵ２Ｏ＝Ｄ２Ｉ−ｄＢ２Ｏ＝０．０２７ｍｍでクリアランスが大きいため型組が容易である。一方、成型温度でＤ２Ｉ−ｄＵ２Ｏ＝Ｄ２Ｉ−ｄＢ２Ｏ＝０．０１０ｍｍのクリアランスになっているため、上型と下型の芯ズレを防止できる。
【００３４】
この型を使用してプレス圧１．５５ＭＰａ、プレス圧保持時間約３５秒の条件で成型したところ表１のような良好な形状精度を有するガラスレンズが得られた。
【００３５】
【表１】
2005343760.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本型を使用してプレス成型することにより、成型した面をそのまま光学面として使用できる精密ガラスレンズを生産性よく提供できる。しかも、本型は、ガラスレンズの形状等が変更になっても簡便に、短期間で対応でき、原価面、生産性などに優れているほか、耐久性にも優れているため、本型を使用してプレス成型することにより他品種のガラスレンズ生産も対応しやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明のガラスレンズ金型の断面図。
【図２】実施例のガラスレンズ形状
【符号の説明】
【００３８】
１：上型
１ａ：上型の段付部
１ｂ：上型の成型面
１ｃ：上型のコーナー部
１ｓ：上型のストレート部
２：下型
２ａ：下型の段付部
２ｂ：下型の成型面
２ｃ：下型のコーナー部
３：リング部材
３ｃ：リング部材のコーナー部
３ｉ：リング部材の内周面
３ｏ：リング部材の外周面
４：胴型
４ｃ：胴型のコーナー部
４ｉ：胴型の内周面
４ｏ：胴型の外周面
１０：本発明のガラスレンズ金型
【図１】
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【図２】
2005343760.tif 000005